武大陈世贵/华科梁华庚团队: 超分子组装体系实现精准原位肿瘤化疗

文摘   2024-09-04 11:23   北京  

研究背景

在众多的肿瘤治疗方法中,传统的化疗仍然是肿瘤治疗的最为有效的方法之一。由于化疗药物选择性和靶向性较低,以及固有和获得性耐药的缺点,使得传统化疗治疗效果有限并且毒副作用严重。
因此,探索具有优异生物相容性的智能纳米载体用于药物递送和控制释放,以实现优异治疗效果的同时降低对正常组织的毒副作用,具有重要意义。

文章简介

近日,武汉大学陈世贵教授带领的超分子材料团队与华中科技大学协和医院的梁华庚教授带领的研究团队合作,通过自组装策略构筑了一类基于柱芳烃的肿瘤标志物精胺 (SPM) 激活超分子化疗体系 (Figure 1),有效克服传统化疗药物对正常组织造成毒副作用的问题。该体系为实现原位精准化疗提供了一种有效的策略。

  • 图 1. 基于水溶性柱[5]芳烃和二苯基蒽衍生物的超分子化疗体系的构筑及其超分子化疗机制
在该超分子化疗体系中,具有较高细胞毒性的二苯基蒽环衍生物 (PyEn) 作为抗肿瘤试剂,水溶性柱[5]芳烃 (WP5C5) 与 PyEn 可以通过主客体相互作用形成超分子两亲体 WP5C5⊃PyEn,并在水中进一步通过自组装形成超分子纳米粒子 (SNPs)。体系中柱[5]芳烃的长烷基链可以对 PyEn 中二苯基蒽单元进行有效屏蔽,导致 WP5C5⊃PyEn 的细胞毒性显著降低。然而在肿瘤标志物 SPM 过表达的肿瘤细胞中,如肺癌、结肠癌和胰腺癌细胞,SPM 与超分子纳米粒子中的 WP5C5 竞争性结合,使得 PyEn 被释放出来,恢复其细胞毒性。
  • 图 2. (a) 模型分子Gm与水溶性柱[5]芳烃 WP5C5 的主客体结合的核磁表征;(b) 图 a 中 Gm 质子的化学位移变化;WP5C5⊃PyEn 的荧光光谱 (c) 粒径分布 (d) TEM 和 Zeta 电位

  • 图 3. (a) 精胺 SPM 与水溶性柱[5]芳烃 WP5C5 的主客体结合的核磁表征;(b) 向WP5C5⊃PyEn 水溶液中滴加不同当量 SPM 后的荧光光谱;(c) SPM从WP5C5⊃PyEn 复合物中将 PyEn 释放的示意图
体外细胞毒性实验表明,WP5C5⊃PyEn 对人正常肾小管上皮细胞 HK2 具有较好的生物相容性,而对SPM过表达的癌细胞(肺癌细胞 A549),WP5C5⊃PyEn 表现出与单独的PyEn相似的细胞毒性。这表明对于 HK2 细胞,WP5C5 较长的烷基链屏蔽了蒽环的毒性,使得 WP5C5⊃PyEn 的细胞毒性显著降低。然而在 A549 细胞中,过表达的内源性的 SPM 与 WP5C5 发生了有效的结合,形成 WP5C5⊃SPM,导致 WP5C5⊃PyEn 中的抗肿瘤试剂PyEn被竞争释放出来。共聚焦实验表明,WP5C5⊃PyEn 易于被癌细胞内化,被细胞内过表达的SPM竞争释放出来的PyEn具有出色的线粒体靶向能力,这有助于通过诱导线粒体损伤来有效杀死肿瘤细胞 (Figure 4)。体内抗肿瘤研究表明,这种 SPM 激活的超分子化疗体系可以对耐阿霉素 A549 肿瘤进行有效抑制,并且具有较低的毒副作用,有效地避免了对正常组织的损伤 (Figure 5)。这项研究为进一步探索超分子化疗系统开辟了途径,突显了超分子化疗在精准肿瘤治疗方面的潜力。
  • 图 4. (a) HK2 细胞分别与 PyEn 和 WP5C5⊃PyEn 孵育不同时间的细胞存活率;(b) A549 细胞分别与 PyEn 和 WP5C5⊃PyEn 孵育不同时间的细胞存活率;(c) 线粒体靶向证明

  • 图 5. 治疗结束后空白对照组以及治疗组 PyEn 和 WP5C5⊃PyEn 的 A549/ADR 荷瘤小鼠的 (a) 肿瘤平均重量 (b) 体重

该成果以“A spermine-responsive supramolecular chemotherapy system constructed from a water-soluble pillar[5]arene and a diphenylanthracene-containing amphiphile for precise chemotherapy”(《水溶性柱[5]芳烃和二苯基蒽衍生物的两亲体构筑的精胺响应性超分子化疗体系应用于精准化疗》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Journal of Materials Chemistry B 上,并入选为 hot article

论文信息

  • Spermine-responsive supramolecular chemotherapy system constructed from pillar[5]arene and diphenylanthracene amphiphile for precise chemotherapy
    Yongfei Yin, Pei Zeng, Yifan Duan, Jun Wang, Wei Zhou, Penghao Sun, Zhanting Li, Lu Wang*, Huageng Liang* & Shigui Chen*陈世贵,武汉大学)
    J. Mater. Chem. B, 2024, 12, 8099-8106
    https://doi.org/
    10.1039/D4TB00668B

期刊介绍

Materials with applications in biology & medicine

rsc.li/materials-b

J. Mater. Chem. B

2-年影响因子*6.1
5-年影响因子*6.1
JCR 分区*Q1 材料-生物材料
CiteScore 分12.0
中位一审周期37 


Journal of Materials Chemistry ABC 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry ABC 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是,Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用,Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用,Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。

Editor-in-Chief
  • Jeroen Cornelissen
    🇳🇱 特温特大学

Associate editors
  • Kaushik Chatterjee
    🇮🇳 印度科学院

  • Elizabeth Cosgriff-Hernandez
    🇺🇸 德克萨斯大学奥斯汀分校

  • Gemma-Louise Davies
    🇬🇧 伯明翰大学

  • Håkan Engqvist
    🇸🇪 乌普萨拉大学 Ångström实验室

  • Ji Jian (计剑)
    🇨🇳 浙江大学

  • Shaoqin Liu (刘绍琴)
    🇨🇳 哈尔滨工业大学

  • Yoshiko Miura
    🇯🇵 九州大学

  • Jessica Winter
    🇺🇸 俄亥俄州立大学

  • Myung-Han Yoon
    🇰🇷 光州科学技术院

  • Chengzhong Yu (余承忠)
    🇦🇺 昆士兰大学/🇨🇳 华东师范大学

Editorial board members

  • Claus Feldmann
    🇩🇪 卡尔斯鲁厄理工学院

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
CiteScore 2023 by Elsevier
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